一种高电压梯度氧化锌压敏阀片的侧面绝缘层制备方法
【专利摘要】一种高电压梯度氧化锌压敏阀片的侧面绝缘层制备方法，先制备高阻层浆料、无机釉浆料，将高阻层浆料涂覆在未排胶的成型氧化锌压敏电阻阀片上，然后进行烧制，再将无机釉浆料涂抹在烧制后的氧化锌压敏电阻阀片上，最后再进行烘干。其有益效果是：减小了氧化锌压敏阀片边缘的电流密度，进而避免氧化锌压敏阀片在接受大冲击电流时边沿发生穿孔破坏，提高氧化锌压敏阀片在大电流情况下的工作可靠性；具有耐高温、抗震、抗剥落、耐高温气流冲刷等特性，因此进一步保证了氧化锌压敏阀片在大电流情况下的工作可控性。
【专利说明】
一种高电压梯度氧化锌压敏阀片的侧面绝缘层制备方法
技术领域
[0001]本发明涉及材料制备领域，特别是一种高电压梯度氧化锌压敏阀片的侧面绝缘层制备方法。
【背景技术】
[0002]ZnO压敏电阻是以ZnO为主要原料，添加了少量的Bi203、Mn02、Sb203、Co203、Si02和Cr203等，采用陶瓷烧结工艺制备而成。因其具有优异的非线性伏安特性和大通流容量等优点，ZnO压敏电阻一直作为电力系统避雷器的核心元件被广泛地应用于电力系统防雷和电力设备保护。近年来，高电压梯度氧化锌压敏电阻的相关研究成为氧化锌避雷器领域的研究热点之一。但研究发现，高电压梯度氧化锌压敏阀片的高度将降低很多，导致侧面绝缘更容易闪络，侧面绝缘问题成为制约高电压梯度氧化锌压敏阀片的一个技术难点。氧化锌压敏电阻阀片的电压梯度提高后，8/20s波形雷电冲击电流和4/10s波形大冲击电流下单位高度电阻片的残压显著增大，对压敏电阻的侧面绝缘提出了更为严苛的要求。
[0003]根据生产经验与相关试验数据表明，高电压梯度电阻片在实际的避雷器比例单元试验中应该能够耐受两次4/lOs大冲击电流(根据GB11032-2010，针对不同等级的避雷器，冲击耐受要求亦不同)。而目前我国氧化锌电阻片侧面绝缘的处理方法一般为在电阻片预烧后浸涂或涂抹一层无机高阻层，待电阻片烧结后，再涂一层有机釉或上玻璃釉;有的则不涂无机高阻层，只上一层有机釉或RTV(室温硫化硅橡胶)涂料。国内普遍采用的无机高阻层，通常是以B1-Sb-S1-Li几种元素的氧化物组成。但这种侧面材料表面粗糙，易吸附灰尘和水分。烧结过程中电阻片侧面无机高阻层可以由表及里渗透，渗透到的区域非线性系数降低，使小直径的阀片有效通流面积减少，反过来加重电阻片侧面釉的负担使。此外电阻片在成型时，其边缘侧面与模套壁相摩擦，成型密度要差一些，是一个薄弱环节。无机高阻层渗透进去，使电阻片侧面绝缘电阻大于电阻片中间的本体电阻，电阻片边缘侧面的缺陷不至于引起电阻片的边缘击穿。因此无机高阻层对提高电阻片大冲击电流耐受能力没有贡献，但是可以提高电阻片2ms方波通流容量(因2ms方波通流时，电阻片两端的电压梯度要比大电流冲击耐受时要低得多)。
[0004]而使用有机釉的优点是对电阻片内无渗透，且实施工艺简单。缺点是有机釉与电阻片的热膨胀系数难匹配，有机釉没有弹性，电阻片受热时易形成微裂纹，特别是釉层上得较厚时。绝缘层与电阻片的附着力也有问题。另外釉层也不易上得很厚(因高温固化时流挂)，须反复上釉反复固化。同时有机釉不耐电弧灼烧。有机釉的涂覆对提高电阻片4/lOs大电流冲击耐受能力可取得一定的效果，但裕度不大。此外，目前的有机釉短时间只能耐受200 °C的温度。
[0005]玻璃釉表面光滑，不易粘灰和吸附水分，釉层耐温要比有机釉高。有的采用电阻片上高阻层后，外面再复合一层玻璃釉，但是对低电压梯度的电阻片，大电流耐受无法达到额定要求。
[0006]涂覆硅橡胶涂料时，常采用单组份RTV，工艺实施简单，基本不受固化时间限制，绝缘层厚度可非常方便地调节。其固化时间很短，不需要高温固化。RTV作电阻片侧面绝缘，其高弹性能与电阻片热膨胀系数相匹配，同时RTV绝缘层耐水、耐电弧、绝缘电阻高，喷涂工艺可使表面非常光滑。采用RTV可明显地提高电阻片4/lOs大电流冲击耐受能力。但是，RTV绝缘层只能耐温200 °C。
[0007]符合要求的高电压梯度电阻片的侧面绝缘不但绝缘强度高、表面光滑、不易吸尘、憎水性好，而且须能够耐受200°C以上(甚至300°C)的高温。故上述这些侧面绝缘材料都无法满足研究的高电压梯度氧化锌电阻片耐受两次4/lOs大冲击电流要求。
【发明内容】
[0008]本发明的目的是为了解决上述问题，设计了一种高电压梯度氧化锌压敏阀片的侧面绝缘层制备方法。具体设计方案为:
[0009]一种高电压梯度氧化锌压敏阀片的侧面绝缘层制备方法，先制备高阻层浆料、无机釉浆料，将高阻层浆料涂覆在未排胶的成型氧化锌压敏电阻阀片上，然后进行烧制，再将无机釉浆料涂抹在烧制后的氧化锌压敏电阻阀片上，最后再进行烘干。
[0010]所述高阻层浆料的制备阶段中，
[0011 ] 将15%_25%wt的聚乙烯醇水溶液与乙醇进行混合，形成混合溶液，
[0012]所述混合溶液中，所述聚乙烯醇水溶液与乙醇的体积份数分别为聚乙烯醇水溶液3份、乙醇I份，
[0013]将质量份数分别为1-3份的Bi203、l-3份的Sb203、3-5份的Si02、0.5-2份的B203、0.5-1份的Mn02进行混合，形成混合粉料，
[0014]将所述混合粉料与混合溶液通过砂磨机进行砂磨形成高阻层浆料，
[0015]砂磨时间为2_4h，
[0016]所述高阻层浆料中的固含量为10%_60%。
[0017]所述高阻层浆料涂覆在所述未排胶的成型氧化锌压敏电阻阀片上的厚度小于2_，待涂覆后高阻层浆料中的水分和乙醇挥发至凝固后，再进行烧制。
[0018]烧制过程中，
[0019]从室温至550°C，升温时间4h，
[0020]在550°C保温4h，进行排胶，
[0021]从550°C 至950°C，升温时间 4h，
[0022]从950°C至1150°C，升温时间2h，
[0023]保持1150°C，保温时间lh，
[0024]随炉冷却。
[0025]在所述无机釉浆料制备过程中，
[0026]配制10-30% Wt的磷酸二氢氯水溶液，
[0027]向磷酸二氢氯水溶液中加入Si02、Mn02，获得无机釉浆料，
[0028]所述无机釉浆料中，各成分的质量份数为Al (H2P04) 3: 1-3份、Si02:0.5-1.5份、Μη02:0.3-0^ο
[0029]所述无机釉浆料涂覆在所述氧化锌压敏电阻阀片的高阻层浆料外侧，无机釉酱料层的厚度为0.2-0.3mm。
[0030]烘干做成中，
[0031]将涂覆无机釉浆料后的氧化锌压敏电阻阀片在90°C-110°C环境中保温4h，形成高粘接强度的无机釉层，
[0032]加温至350Γ-500Γ，烘干3_5h，
[0033]在氧化锌压敏电阻阀片的侧面形成白色、光滑的侧面绝缘层。
[0034]通过本发明的上述技术方案得到的高电压梯度氧化锌压敏阀片的侧面绝缘层制备方法，其有益效果是:
[0035]使用本发明方法制备的氧化锌压敏阀片侧面绝缘层材料中的高阻层，其中的元素可以向氧化锌压敏阀片的内部渗透，从而减小了氧化锌压敏阀片边缘的电流密度，进而避免氧化锌压敏阀片在接受大冲击电流时边沿发生穿孔破坏，提高氧化锌压敏阀片在大电流情况下的工作可靠性。
[0036]使用本发明方法制备的氧化锌压敏阀片侧面绝缘层材料中的无机釉，其中的磷酸二氢铝非常粘稠，可在常温下固化，磷酸二氢铝与Si02、Mn02无机盐复配后，具有耐高温、抗震、抗剥落、耐高温气流冲刷等特性，因此进一步保证了氧化锌压敏阀片在大电流情况下的工作可控性。
【具体实施方式】
[0037]—种高电压梯度氧化锌压敏阀片的侧面绝缘层制备方法，先制备高阻层浆料、无机釉浆料，将高阻层浆料涂覆在未排胶的成型氧化锌压敏电阻阀片上，然后进行烧制，再将无机釉浆料涂抹在烧制后的氧化锌压敏电阻阀片上，最后再进行烘干。
[0038]所述高阻层浆料的制备阶段中，
[0039 ] 将15 % -25 % Wt的聚乙烯醇水溶液与乙醇进行混合，形成混合溶液，
[0040]所述混合溶液中，所述聚乙烯醇水溶液与乙醇的体积份数分别为聚乙烯醇水溶液3份、乙醇I份，
[0041 ] 将质量份数分别为1-3份的Bi203、l-3份的Sb203、3-5份的Si02、0.5-2份的B203、
0.5-1份的Mn02进行混合，形成混合粉料，
[0042]将所述混合粉料与混合溶液通过砂磨机进行砂磨形成高阻层浆料，
[0043]砂磨时间为2_4h，
[0044]所述高阻层浆料中的固含量为10% -60 %。
[0045]所述高阻层浆料涂覆在所述未排胶的成型氧化锌压敏电阻阀片上的厚度小于2_，待涂覆后高阻层浆料中的水分和乙醇挥发至凝固后，再进行烧制。
[0046]烧制过程中，
[0047]从室温至550°C，升温时间4h，
[0048]在550°C保温4h，进行排胶，
[0049]从550°C 至950°C，升温时间 4h，
[0050]从950Γ至1150Γ，升温时间2h，
[0051 ] 保持1150。(:，保温时间111，
[0052]随炉冷却
[0053]在所述无机釉浆料制备过程中，
[0054]配制10_30%wt的磷酸二氢氯水溶液，
[0055]向磷酸二氢氯水溶液中加入Si02、Mn02，获得无机釉浆料，
[0056]所述无机釉浆料中，各成分的质量份数为Al (H2P04) 3: 1-3份、Si02:0.5-1.5份、Μη02:0.3-0^ο
[0057]所述无机釉浆料涂覆在所述氧化锌压敏电阻阀片的高阻层浆料外侧，无机釉酱料层的厚度为0.2-0.3mm。
[0058]烘干做成中，
[0059]将涂覆无机釉浆料后的氧化锌压敏电阻阀片在90°C-110°C环境中保温4h，形成高粘接强度的无机釉层，
[0060]加温至350Γ-500 Γ，烘干3_5h，
[0061]在氧化锌压敏电阻阀片的侧面形成白色、光滑的侧面绝缘层。
[0062]实施例一
[0063]按照本发明专利说明书部分介绍的侧面绝缘层制备方法，对某型号为D35的高电压梯度压敏电阻阀片进行侧面绝缘。
[0064]制备质量百分比浓度为18%的聚乙烯醇水溶液，将聚乙烯醇水溶液与纯乙醇以体积比3:1均匀混合，得到混合溶液；将质量百分比为15 %的Bi 203、质量百分比为25 %的Sb203、质量百分比为35%的Si02、质量百分比为20%的B203和质量百分比为5%的Mn02均匀混合，得到混合粉料，将上述混合粉料与混合溶液混合并放入卧式砂磨机中砂磨4小时，得到固含量为25%的高阻层浆料；
[0065]将上述高阻层浆料均匀涂覆在未排胶的成型氧化锌压敏电阻阀片素坯的侧面，平均厚度小于2毫米，待高阻层浆料中的乙醇挥发、高阻层浆料变干且不会发生流动后，对氧化锌压敏电阻阀片素坯进行烧制，得到氧化锌压敏电阻阀片，烧制的温度控制过程如下:
[0066]从室温至550°C，升温时间4小时，
[0067]在550°C保温4小时，进行排胶，
[0068]从550cC至950cC，升温时间4小时，
[0069]从950°C至1150°C，升温时间2小时，
[0070]保持115(TC，保温时间I小时，
[0071]随炉冷却；
[0072]将磷酸二氢铝A1(H2P04)3溶于水，得到质量百分比浓度为15%的磷酸二氢铝水溶液，在常温下，将Si02、Mn02均匀混合于上述磷酸二氢铝水溶液中，使Si02、Mn02在磷酸二氢铝水溶液中的质量百分比浓度分别为7%、3%，得到无机釉浆料，将无机釉浆料均匀喷涂在氧化锌压敏电阻阀片的高阻层侧面上，涂层厚度为0.3毫米，并在95°C保温4小时，形成高粘接强度的无机釉层，加温至400°C，烘干5小时，在氧化锌压敏电阻阀片的侧面形成白色、光滑的侧面绝缘层。
[0073]采用此新型侧面绝缘层后，该型号为D35的高电压梯度电阻片4/10(s大冲击电流耐受能力可达61kA。
[0074]实施例二
[0075]按照实施例一所述的制备方法，对某型号为D70的高电压梯度压敏电阻阀片进行侧面绝缘层的制备。
[0076]制备质量百分比浓度为23%的聚乙烯醇水溶液，将聚乙烯醇水溶液与纯乙醇以体积比3:1均匀混合，得到混合溶液；将质量百分比为25 %的Bi203、质量百分比为15 %的Sb203、质量百分比为45%的Si02、质量百分比为10%的B203和质量百分比为5%的Mn02均匀混合，得到混合粉料，将上述混合粉料与混合溶液混合并放入卧式砂磨机中砂磨3小时，得到固含量为50%的高阻层浆料；
[0077]将上述高阻层浆料均匀涂覆在未排胶的成型氧化锌压敏电阻阀片素坯的侧面，平均厚度小于2毫米，待高阻层浆料中的乙醇挥发、高阻层浆料变干且不会发生流动后，对氧化锌压敏电阻阀片素坯进行烧制，得到氧化锌压敏电阻阀片，烧制的温度控制过程如下:
[0078]从室温至550°C，升温时间4小时，
[0079]在550°C保温4小时，进行排胶，
[0080]从550cC至950cC，升温时间4小时，
[0081 ] 从950°C至1150°C，升温时间2小时，
[0082]保持1150°C，保温时间I小时，
[0083]随炉冷却；
[0084]将磷酸二氢铝A1(H2P04)3溶于水，得到质量百分比浓度为25%的磷酸二氢铝水溶液，在常温下，将Si02、Mn02均匀混合于上述磷酸二氢铝水溶液中，使Si02、Mn02在磷酸二氢铝水溶液中的质量百分比浓度分别为13%、3%，得到无机釉浆料，将无机釉浆料均匀喷涂在氧化锌压敏电阻阀片的高阻层侧面上，涂层厚度为0.3毫米，并在110°C保温4小时，形成高粘接强度的无机釉层，加温至400°C，烘干5小时，在氧化锌压敏电阻阀片的侧面形成白色、光滑的侧面绝缘层。
[0085]采用此新型侧面绝缘层后，该型号为D70的高电压梯度电阻片4/10(s大冲击电流耐受能力可达94kA。
[0086]上述技术方案仅体现了本发明技术方案的优选技术方案，本技术领域的技术人员对其中某些部分所可能做出的一些变动均体现了本发明的原理，属于本发明的保护范围之内。
【主权项】
1.一种高电压梯度氧化锌压敏阀片的侧面绝缘层制备方法，其特征在于，先制备高阻层浆料、无机釉浆料，将高阻层浆料涂覆在未排胶的成型氧化锌压敏电阻阀片上，然后进行烧制，再将无机釉浆料涂抹在烧制后的氧化锌压敏电阻阀片上，最后再进行烘干。2.根据权利要求1中所述的高电压梯度氧化锌压敏阀片的侧面绝缘层制备方法，其特征在于，所述高阻层浆料的制备阶段中， 将15 %-25 %wt的聚乙烯醇水溶液与乙醇进行混合，形成混合溶液， 所述混合溶液中，所述聚乙烯醇水溶液与乙醇的体积份数分别为聚乙烯醇水溶液3份、乙醇I份， 将质量份数分别为1-3份的Bi203、1-3份的Sb203、3-5份的Si02、0.5-2份的B203、0.5-1份的MnO2进行混合，形成混合粉料， 将所述混合粉料与混合溶液通过砂磨机进行砂磨形成高阻层浆料， 砂磨时间为2-4h， 所述高阻层浆料中的固含量为10 % -60 %。3.根据权利要求1中所述的高电压梯度氧化锌压敏阀片的侧面绝缘层制备方法，其特征在于，所述高阻层浆料涂覆在所述未排胶的成型氧化锌压敏电阻阀片上的厚度小于2_，待涂覆后高阻层浆料中的水分和乙醇挥发至凝固后，再进行烧制。4.根据权利要求1中所述的高电压梯度氧化锌压敏阀片的侧面绝缘层制备方法，其特征在于，烧制过程中， 从室温至550 0C，升温时间4h， 在550°C保温4h，进行排胶， 从550 °C至950 °C，升温时间4h， 从950 °C至1150 °C，升温时间2h， 保持1150 °C，保温时间Ih， 随炉冷却。5.根据权利要求1中所述的高电压梯度氧化锌压敏阀片的侧面绝缘层制备方法，其特征在于，在所述无机釉浆料制备过程中， 配制10-30 %wt的磷酸二氢氯水溶液， 向磷酸二氢氯水溶液中加入S12、Μη02，获得无机釉浆料， 所述无机釉浆料中，各成分的质量份数为Al (H2PO4)3= 1-3份、S12:0.5-1.5份、MnO2:0.3-0.5份。6.根据权利要求1中所述的高电压梯度氧化锌压敏阀片的侧面绝缘层制备方法，其特征在于，所述无机釉浆料涂覆在所述氧化锌压敏电阻阀片的高阻层浆料外侧，无机釉酱料层的厚度为0.2-0.3mm。7.根据权利要求1中所述的高电压梯度氧化锌压敏阀片的侧面绝缘层制备方法，其特征在于，烘干做成中， 将涂覆无机釉浆料后的氧化锌压敏电阻阀片在90°C-11(TC环境中保温4h，形成高粘接强度的无机釉层， 加温至350 0C-500 0C，烘干3-5h， 在氧化锌压敏电阻阀片的侧面形成白色、光滑的侧面绝缘层。
【文档编号】H01C7/12GK105869810SQ201610210522
【公开日】2016年8月17日
【申请日】2016年4月6日
【发明人】何金良, 胡军, 孟鹏飞, 赵洪峰
【申请人】清华大学